Informatika 1 - primjer

Najjednostavnije rečeno, memorija služi za pohranu podataka, a kapacitet se mjeri u bajtovima (B, KB, MB, GB ili TB). Memoriju čine uređaji koji omogućuju zapisivanje binarnih podataka nezavisno od njihovog sadržaja. Memorija je namijenjena za upis (unošenje), pamćenje (skladištenje, čuvanje) i ispis (čitanje) podataka i programa.

Osnovna podjela memorije računala je na:

1. Primarnu (osnovnu, operativnu, glavnu) memoriju: služi privremenom pamćenju podataka i programa. Pored podataka za obradu i instrukcija programa, u ovoj memoriji se pamte i međurezultati te konačni rezultati obrade. Dakle, brza primarna memorija pamti podatke samo dok računalo radi – po prestanku rada (gašenjem računala) ili iznenadnim nestankom struje, podaci pohranjeni u radnoj memoriji računala se gube. U ovu memoriju se ubrajaju RAM memorija, ROM memorija (jedini izuzetak koji zapravo služi trajnom pamćenju), cache memorija i registri procesora.
O ROM i RAM memoriji govorit ćemo nešto kasnije, dok smo cache i registre procesora već spomenuli. 

2. Sekundarnu (masovnu, vanjsku) memoriju: ima veliki kapacitet i služi za trajno pamćenje sadržaja (podataka) te njihovo arhiviranje na duži vremenski period, iako je znatno sporija od primarne memorije. Tu se čuvaju podaci i programi koji nisu potrebni procesoru u datom vremenu, rezervne kopije, itd. U ovu grupu spadaju vanjski memorijski uređaji poput čvrstog (hard) diska, diskete, optičkog uređaja, SSD diska i drugih uređaja kojima se pristupa preko ulazno-izlaznog podsustava.

Prednosti sekundarnih memorija u odnosu na primarnu memoriju:

• Pamte podatke i kad nisu pod električnim naponom

• Većeg su kapaciteta

• Cijena po jedinici kapaciteta je niža

Nedostaci sekundarnih memorija:

• Višestruko su sporije od radne memorije (reda veličine 103 do 106)

• Zbog prisustva velikog broja mehaničkih dijelova su podložnije kvarovima

Nadalje, memorije možemo podijeliti prema nekoliko različitih kriterija:  

1. Trajnost zapisa podataka bez napajanja

• Privremene memorije (nepostojane, eng. volatile): RAM memorija

• Trajne memorije (postojane, eng. non-volatile): ROM, tvrdi disk, CD, DVD, USB flash disk, SSD, memorijske kartice  

2. Tehnologija zapisa podataka

• Magnetske memorije – tvrdi disk, magnetska vrpca, magnetska kartica, disketa

• Optičke memorije – CD, DVD, Blu-ray

• Poluvodičke memorije – USB flash memorija, memorijske kartice, SSD, RAM, ROM  

3. Mjesto i funkcija

• Primarna (glavna, unutarnja) memorija – ROM i RAM

• Sekundarne (vanjske) memorije – tvrdi disk, disketa, CD, DVD, USB flash memorija, memorijske kartice, SSD…

Postoji još jedna podjela memorija, i to prema načinu pristupanja zapisanim podacima. Prema ovoj podjeli, memorija može koristiti:   

• Neposredni (izravni) pristup – u takvoj se memoriji može pristupiti bilo kojoj lokaciji, tj. lokaciji s bilo kojom adresom - dovoljno je samo znati adresu tražene lokacije. Memorijski medij u pravilu sadrži skup jednakih memorijskih elemenata, tzv. lokacija ili memorijskih ćelija, u kojima se čuvaju memorijske riječi. Kod takvih memorija, vrijeme pristupanja podacima (eng. access time) ne ovisi o položaju lokacije kojoj se pristupa - vrijeme pristupa je isto i za prvu i za središnju i za zadnju lokaciju. U ovu kategoriju memorija spadaju npr. RAM i ROM memorije.

• Sekvencijalni (slijedni) pristup - da bi se došlo do neke lokacije na memorijskom mediju, sklop za čitanje/pisanje mora fizički prijeći preko svih lokacija koje prethode ciljnoj lokaciji. Ovakav način pristupanja podacima se upotrebljava na danas već rijetko korištenim magnetskim vrpcama, tj. kazetama. Vrijeme pristupa do pojedine lokacije se linearno povećava s udaljenošću lokacije od početka medija.

• Direktni pristup – ovakav pristup je karakterističan za medije koji rotiraju oko svoje osi unutar stacionarnih uređaja. U ovu kategoriju spadaju npr. čvrsti diskovi, diskete, optički diskovi i sl. Za njih je karakteristično da memorijski medij (tj. disk) rotira oko svoje osi, a elementi sustava za čitanje/pisanje (glave za čitanje i pisanje) se u odnosu na rotirajući medij gibaju transverzalno (poprečno, npr. gore-dolje). Na taj način glave za čitanje/pisanje mogu dosegnuti bilo koju stazu na kružnom mediju, a za pristupanje konkretnom odsječku staze (sektoru) treba pričekati da medij rotacijom dovede željeni sektor do glave za čitanje/pisanje. Ovakav pristup sadrži i elemente slijednog pristupa (nije moguće direktno skočiti na željenu stazu, nego treba prijeći transverzalno preko susjednih staza; nije moguće skočiti izravno na željeni sektor, već treba pričekati da medij rotacijom dovede željeni sektor do glave), ali za razliku od čistog slijednog pristupa, ovdje pri kretanju od točke A do točke B nije potrebno preći baš preko SVIH međulokacija na mediju. Shodno tome, vrijeme pristupa do neke lokacije je kraće u odnosu na slijedni pristup.

Zajedničke opće karakteristike računalnih memorija:

1. Kapacitet – količina podataka koje memorija može pohraniti

2. Brzina – vrijeme koje je potrebno da se pronađe neki sadržaj u memoriji i prenese do željenog mjesta

3. Vrijeme pristupa podacima – vrijeme od trenutka kada je poznata adresa memorijske lokacije do trenutka kada je sadržaj pronađen

Hijerarhija memorija       

Kad govorimo općenito o memoriji, moramo se osvrnuti i na tzv. hijerarhiju memorija. Naime, idealna memorija (koja je jeftina, brza i ima veliki kapacitet) ne postoji. Naravno, ako bismo imali takvu idealnu memoriju, ne bismo imali potrebe za razne tipove memorija, ali pošto takva memorija ne postoji, moramo u jednom računalu imati ne samo primarnu (koja je brza), nego i sekundarnu memoriju (koja je jeftina i ima veliki kapacitet). Pri tome se u primarnoj ili operativnoj memoriji nalaze podaci i programi koji su u danom trenutku korišteni od strane procesora, a sve ostalo se čuva na sekundarnoj memoriji i prenosi se u primarnu memoriju po potrebi. Na ovaj način se nadoknađuju nedostatci primarnih memorija, i obrnuto.

To nas dovodi do hijerarhije memorija. Naime, ključni kriterij za procjenu neke memorije su njena brzina, kapacitet i cijena po megabajtu. Primjećujemo da između cijene i kapaciteta postoji obrnuta proporcionalnost. Na primjer, što je memorija brža, to je njena proizvodnja skuplja, što povećava njezinu cijenu, a da bi cijena ove memorije bila prihvatljiva, smanjuje se njen kapacitet. Naravno, ovo vrijedi i obrnuto: ako je memorija spora, vjerojatno je jeftina za proizvodnju, pa se može povećati njen kapacitet.

Sljedeće dvije slike prikazuju memorijsku hijerarhiju s dva različita aspekta. Slika 1 prikazuje hijerarhiju s obzirom na organizaciju i funkciju memorija u računalu, pri čemu memorije na istoj razini nisu nužno istih brzina.

Slika 1. Usporedba računalnih memorija prema različitim kriterijima

Slika 2 prikazuje odnos između memorija s obzirom na brzinu, cijenu i kapacitet.